Tuuliturbiinivaihteen lieriökotelon staattinen FE-analyysi
Lehtokorpi, Henri (2020)
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020060216256
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020060216256
Tiivistelmä
Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää tuuliturbiinivaihteen lieriökotelon suunnittelua tutkimalla koteloon vaikuttavia kuormituksia staattisella FE-analyysillä Ansys Workbench -ohjelmassa. Analyysin avulla voitaisiin havaita jännityskeskittymiä ja muodonmuutoksia lieriökotelossa. Toimeksiantajana toimii Moventas Gears Oy, joka on johtava tuuliturbiinien vaihdelaatikkojen valmistaja.
Opinnäytetyö aloitettiin perehtymällä ohjeistukseen tuuliturbiinivaihteiden lujuusanalyyseistä, vaihteen rakenteeseen ja toimintaan, aikaisempiin koteloiden analyyseihin sekä lujuusopin ja FEA-laskennan teorioihin. Analyysiä varten lieriökotelon 3D-mallista muokattiin Catia V5 -suunnitteluohjelmalla yksinkertaisempi malli. Tämän jälkeen selvitettiin analyysissä tarvittavat kuormitukset, reunaehdot ja elementtiverkko, joilla luotiin pohja analyysille. Analyysissä tehtiin äärimmäisillä kuormilla erilliset tarkastelut lieriökotelon kannelle ja rungolle kolmen kuorma-askeleen analyysinä, millä saataisiin selville kannen ja rungon välisen ruuviliitoksen tiiveys ilman tiivisteen mallia, sekä roottorin positiivisen ja negatiivisen sisääntulomomentin vaikutukset lieriökoteloon.
Analyysin tuloksena saatiin selvitettyä veto- ja puristuspääjännitysten ja Von Mises -vertailujännitysten keskittymät sekä muodonmuutokset lieriökotelon rungossa ja kannessa, joiden perusteella pystyttiin päättelemään kotelon kestävän siihen kohdistuvat kuormitukset. Ruuviliitoksen tiiveimmät kohdat, liitokseen kohdistuvat paineet ja kitkasta syntyvät jännitykset saatiin selvitettyä.
Lieriökotelon analysoinnissa käytettyjen menetelmien ja toimeksiantajalta saatujen ohjeistuksien perusteella analyysistä saadut tulokset olivat luotettavia ja toimeksiantaja pystyy hyödyntämään niitä jatkossa lieriökotelon suunnittelussa.
Opinnäytetyö aloitettiin perehtymällä ohjeistukseen tuuliturbiinivaihteiden lujuusanalyyseistä, vaihteen rakenteeseen ja toimintaan, aikaisempiin koteloiden analyyseihin sekä lujuusopin ja FEA-laskennan teorioihin. Analyysiä varten lieriökotelon 3D-mallista muokattiin Catia V5 -suunnitteluohjelmalla yksinkertaisempi malli. Tämän jälkeen selvitettiin analyysissä tarvittavat kuormitukset, reunaehdot ja elementtiverkko, joilla luotiin pohja analyysille. Analyysissä tehtiin äärimmäisillä kuormilla erilliset tarkastelut lieriökotelon kannelle ja rungolle kolmen kuorma-askeleen analyysinä, millä saataisiin selville kannen ja rungon välisen ruuviliitoksen tiiveys ilman tiivisteen mallia, sekä roottorin positiivisen ja negatiivisen sisääntulomomentin vaikutukset lieriökoteloon.
Analyysin tuloksena saatiin selvitettyä veto- ja puristuspääjännitysten ja Von Mises -vertailujännitysten keskittymät sekä muodonmuutokset lieriökotelon rungossa ja kannessa, joiden perusteella pystyttiin päättelemään kotelon kestävän siihen kohdistuvat kuormitukset. Ruuviliitoksen tiiveimmät kohdat, liitokseen kohdistuvat paineet ja kitkasta syntyvät jännitykset saatiin selvitettyä.
Lieriökotelon analysoinnissa käytettyjen menetelmien ja toimeksiantajalta saatujen ohjeistuksien perusteella analyysistä saadut tulokset olivat luotettavia ja toimeksiantaja pystyy hyödyntämään niitä jatkossa lieriökotelon suunnittelussa.